2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K04149
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
生形 貴男 京都大学, 理学研究科, 教授 (00293598)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 機能形態空間 / 個体発生軌道 / 外殻性頭足類 / 静水力学特性 / 流体力学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アンモノイドなどの外殻性頭足類には，成長と共に殻形状が変化する個体発生変異が普通に見られ，流体力学特性などの観点からその進化学的意義が解釈されてきた。一方，外殻性頭足類の殻は，相対浮力を発生させる機能を担っており，静水力学的観点からも機能形態特性が注目されてきた。遊泳時の抵抗を小さくする殻形状と比重が大きくなりにくく浮きやすい殻形状は異なり，これら二つの機能形態特性の間には相反関係がある。また，流体力学特性に関しては，殻形状と機能性の関係がサイズに依存するので，成長と共に“流線形”が変化する。本研究では，外殻性頭足類の殻形状の個体発生パターンの進化的意義を理解するために，静水力学特性と流体力学特性に注目し，これら機能特性に最適な殻形状の個体発生変異パターンがどのようなものかを数理モデルを用いて評価することを目的とする。
そのために，今年度は，頭足類の殻形状に見られる多様な成長様式を統一的に表現できる数理モデルを開発した。まず，古典的なRaupの理論形態モデルにアロメトリー式を統合した理論形態モデルを考案し，合計6個のパラメータに基づくモデルで様々な個体発生変異のパターンを再現した。120種のアンモノイドの実標本について，殻の縦断面試料の計測に基づくアロメトリー解析を行って理論モデルと比較した結果，多くの種の個体発生パターンが上記のアロメトリー型理論形態モデルで良く近似できることがわかった。このモデルを用いて個体発生軌道毎に静水力学特性と流体力学特性を計算し，実際のアンモノイドの個体発生パターンを機能的観点から評価した結果，亜成体段階以降で両方の機能特性がバランスするような個体発生軌道を持つ種が比較的多いことが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は，平面螺旋巻殻の不等成長モデルの開発を計画していた。予定通り，アロメトリー式と古典的なRaupの理論形態モデルを統合したモデルを考案し，実際のアンモノイドの個体発生変異をある程度表現できることを多くの種で検証できた。また，新たに導入したこの理論形態モデルに基づいて，静水力学特性と流体力学特性を成長段階毎に評価する方法を確立した。ただし，静水力学特性については，比表面積を計算することで評価しているにすぎず，殻の厚さを考慮して体全体の比重をこのアロメトリーモデルで計算するには至っていない。また，アンモノイド120種の試料の計測からアロメトリーモデルのパラメータを見積もり，静水力学特性と流体力学特性を算出することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の研究で，理論形態モデルと機能特性の評価方法は一応確立したが，個体発生軌道と各機能特性の関係については予察的な解析を行ったに過ぎない。また，理論モデルの変数が6個あるため形態空間が6次元となり，その2次元断面の形態空間毎に機能特性の曲面を描いても，全体像が見えにくいことがわかった。2年目以降は，複数の機能を程々に満たす個体発生軌道や，成長を通じて殻形状が変わっても機能特性があまり変わらない軌道があるかどうかを探索することになっているが，そのためには，各機能スコアーの個体発生変異を定量的化するなどして，成長を通じた機能特性の安定性について評価する必要があるだろう。2年目はまずこの点について検討する。また，初年度では扱わなかった姿勢の安定性の評価も2年目以降の課題であるが，そのためにはアロメトリーモデルで体全体の質量と重心を計算する方法を確立する必要がある。次年度は，以上の点を踏まえて研究を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症蔓延のため，出張できなかったことによる。次年度も同様の状況が続く可能性が高いと思われるので，その分をデータ解析用ソフトウェアーの購入に使用することを検討している。
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